This study reports the results of a series of tests of pultruded glass fiber reinforced polymer (P-GFRP) box section composite profile columns, geometrically similar with/without concrete core, containing 0-1-2-3% steel fiber, with different lengths. The recycled steel wires were obtained from waste tyres. The effects of steel fiber ratio on the collapse and size effect of concrete filled P-GFRP columns under axial pressure were investigated experimentally and analytically. A total of 36 columns were tested under compression. The presence of pultruded profile and steel wire ratio were selected as the primary variable. The capacity of pultruded profiles with infilled concrete are averagely 9.3 times higher than the capacity of concrete without pultruded profile. The capacity of pultruded profiles with infilled concrete are averagely 34% higher than that of the pultruded profiles without infilled concrete. The effects of steel wire ratio are more pronounced in slender columns which exhibit buckling behavior. Moreover, the proposed analytical approach to calculate the capacity of P-GFRP columns successfully predicted the experimental findings in terms of both pure axial and buckling capacity.
Pultruded cross-sections are always thin-walled due to constraints in the manufacturing process. Thus, the buckling strength determines the overall strength of the member. The elastic buckling of pultruded angle sections subjected to direct compression is studied. The lateral-torsional buckling, very likely to appear in thin-walled cross-sections, is investigated. Plate theory is used to allow for cross-sectional distortion. Shear effects and bending-twisting coupling are accounted for in the analysis because of their significant role. A simplified approach for determining the maximum load of equal leg angle sections under compression is presented. The analytical results obtained in this study are compared to the manufacturer's design guidelines for compression members as well as with the design specifications for steel structural members. Experimental results are obtained for various length specimens of pultruded angle sections. The results presented in this paper correspond to actual pultruded equal leg angle sections being used in civil engineering structures.
The pultruded structural shapes are usually composed of thin-walled plate elements. Because the composite material has relatively low elastic moduli, the design of pultruded compression members may not be governed by the material strength limit state but by the stability limit state such as the local buckling or the global buckling. Therefore, the stability limit state must be checked to design pultruded columns. In this research, the local buckling analysis of pultruded I-shape column was conducted for various composite materials using the closed-form solution. To establish the design guidelines for the local buckling of pultruded I-shape compression members, the simplified form of equation to find the local buckling coefficient of pultruded I-shape column was proposed as a function of mechanical properties and the width ratio of plate components using the results obtainde by the closed-form solution. In order to verify the validity of proposed solution, the results obtained by the proposed approximate solution were compared with those of the closed-form solution and the experimental results.
In this study, we discussed the local buckling behavior of pultruded structural flexural members. Previous works were briefly reviewed and the local buckling behavior of orthotropic box-shape flexural members was discussed. The simplified form of equation for finding the width ratio of plate element of box-shape flexural members in which all plate components buckle simultaneously was proposed and the macro flow-chart for finding local buckling strength of pultruded flexural members was also suggested. To establish the design guide line for the local buckling of pultruded flexural members, further studies need to be performed as follows; the simplified form of solutions for finding the minimum buckling coefficient of orthotropic plate with various loading and boundary conditions including rotationally restrained boundary conditions, the simplified form of equation for calculating the coefficient of restraint provided by the adjacent plate elements.
Mozhdeh Dehshirizadeh;Abolfazl Eslami;Mehdi Khodadad Sar-Yazdi;Hamid R. Ronagh
Structural Engineering and Mechanics
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제90권2호
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pp.127-142
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2024
In recent decades, pultruded glass fiber-reinforced polymer (GFRP) members including those of box sections have attracted the attention of researchers. Nevertheless, the lack of uniform and consistent material properties, simplified design methods, and practical design codes have so far been the main barrier for field applications. Consequently, this paper highlights the existing knowledge concerning the flexural behavior of pultruded GFRP profiles and their failure modes. In particulate, it reviews the most commonly accepted design expressions and code provisions addressing the flange local buckling of pultruded GFRP box beams as the most likely failure mode. In addition, the material characterization of GFRP sections is described in detail along with the standard test methods to quantify the material characterization of GFRP laminates. It is shown that the critical flange local buckling stresses of pultruded GFRP box beams can be predicted with reliable accuracy using the expressions promulgated by ASCE (1984) (in which the flange plates are considered simply-supported at web-flange junction) and EUR 27666. The expressions stipulated in ASCE (2010) highly overestimates the critical flange local buckling stresses of GFRP box beams resulting in unconservative predictions.
Recently advanced countries are now beginning to use ACM (Advanced Composites Material), which is mostly used in the industry of airplane, ship building and sports equipments, in the construction industry. Compared with existing construction materials, ACM possesses many advantages such as light-weight, high-strength, corrosion resistant property. Among other manufacturing process of ACM, pultrusion is one of the promising one of civil engineering application. In this paper, the structural characteristics of pultruded GFRP strip were studied. Major parameters to influence structural behavior of pultruded GFRP are considered to be fiber volume fraction, die temperature, pulling speed and fiber orientations. The effect of these parameters are studied by experimently and analytically. From this study, it is concluded that fiber volume fraction and fiber orientations influence more on the mechanical property of pultruded GFRP. In addition to above parametric study, off-axis tests were carried out and the results are compared with failure theories. It showed that they agree well each other. Since this study is carried out in limited scope, further research on the reinforcement in the transverse direction, experiment on the compressive strength and research on the durability should be conducted for wide application of pultruded GFRP sections.
The present study investigates the lateral torsional buckling behaviour of pultruded glass fiber reinforced polymer (GFRP) simply supported channel beams subjected to uniform bending about their major axis. A parametric study by varying the sectional geometry and span of channel beams is carried out by using ABAQUS software. The accuracy of the FE models was ensured by verifying them against the available results provided in the literature. The effect of geometric nonlinearity, geometric imperfections, and the dependency of finite element mesh on the lateral torsional buckling were carefully considered in the FE model. Lateral torsional buckling (LTB) strengths obtained from the numerical study were compared with the theoretical LTB strengths obtained based on the Eurocode 3 approach for steel sections. The comparison between the numerical strengths and the design procedure proposed in the literature based on Eurocode 3 approach revealed disagreements. Therefore, a simplified improved design procedure is proposed for the safe design strength prediction of pultruded GFRP channel beams. The proposed equation has been provided that might aid the structural engineers in economically designing the pultruded GFRP channel beams in the future.
본 논문에서는 부재의 lay-up에 상관없이 사용할 수 있으며 복합재료 부재의 거동에 중요한 영향을 미치는 포아송 효과를 고려할 수 있는 확장된 복합재료 보이론을 제시하고, 확장된 보이론을 바탕으로 축방향 압축력을 받는 복합재료 박판부재의 좌굴식을 유도하였다. 유도된 좌굴식을 검증하기 위해서 기존에 발표된 인발성형 vinylester/E-glass 및 polyester/E-glass T형 부재의 휨-비틀림 좌굴실험결과와 vinylester/E-glass H형 부재의 휨 좌굴실험결과를 수치예제로 사용하였다. 이론적 좌굴하중과 실험적 좌굴하중 및 유한요소해석 결과와의 비교를 통하여 본 연구에서 제안된 좌굴식이 인발성형부재의 좌굴하중을 7% 정도 안전측으로 예측하는 것을 알 수 있었다.
Due to the advantageous mechanical properties of the fiber reinforced polymeric plastics(FRP), their application in the construction industries is ever increasing trend, as a substitute of structural steel which is highly vulnerable under hazardous environmental conditions (i.e., corrosion, humidity, etc.). In this study, hybrid FRP-concrete composite pile (HCFFT) connection is suggested. The HCFFT is consisted of pultruded FRP unit module, filament wound FRP which is in the outside of mandrel composed of circular shaped assembly of pultruded FRP unit modules, and concrete which is casted inside of the circular tube shaped hybrid FRP pile. Therefore, pultruded FRP can increase the flexural load carrying capacity, filament wound FRP and concrete filled inside can increase axial load carrying capacity. In the study, connection capacity of HCFFT(small and mid size) is investigated throughout experiments and finite element method. From the results of experiments, we suggested the connection methods about HCFFT pile connection.
The need for establishing the contribution of pultruded FRP encasements and additional FRP wraps around these encasements to the shear strength and load-deflection behavior of reinforced concrete beams is the main motivation of the present study. This paper primarily focuses on the effect of additional wrapping around the composite beam on the flexural and shear behavior of the pultruded GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymer) beams infilled with reinforced concrete, taking into account different types of failure according to av/H ratio (arch action, shear-tension, shear-compression and pure bending). For this purpose, nine hybrid beams with variable shear span-to-depth ratio (av/H) were tested. Hybrid beams with 500 mm, 1000 mm, and 1500 mm lengths and cross-sections of 150x100 mm and 100x100 mm were tested under three-point and four-point loading. Based on the testing load-displacement relationship, ductility ratio, energy dissipation capacity of the beams were evaluated with comprehensive macro damage analysis on pultruded GFRP profile and GFRP wrapping. The GFRP wraps were established to have a major contribution to the composite beam ductility (90-125%) and strength (40-75%) in all ranges of beam behavior (shear-dominated or dominated by the coupling of shear and flexure). The composite beams with wraps were showns to reach ductilities and strength values of their counterparts with much greater beam depth.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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